JP3908471B2 - 半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光情報処理などに光源として用いることができる半導体レーザ装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光情報処理の分野で用いられる半導体レーザ装置では、電流狭窄と光閉じ込めのためのブロック層を有した、リッジ型もしくは溝型のストライプ構造のレーザが主流となっている。従来のリッジストライプ型ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置について、図４の断面構造図を参照して説明する。
【０００３】
ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第１クラッド層１０３、ＡｌＧａＡｓ量子井戸活性層１０４、ｐ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第２クラッド層１０５、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓエッチング停止層１０６が順次積層されている。エッチング停止層１０６の上には、ｐ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第３クラッド層１０７、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０８が積層され、リッジ部１０９を残して、選択エッチングによりエッチング停止層１０６の上面までエッチングされている。さらに、一対のｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓブロック層１１０がリッジ部１０９を挟むようにエッチング停止層１０６上に形成されている。また、リッジ部１０９および一対のブロック層１１０の上部にはｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１が形成されている。コンタクト層１１１上にはｐオーミック電極１１２が、また基板１０１の下方にはｎオーミック電極１１３が形成されている。
【０００４】
上述の従来の半導体レーザ装置を製造する方法について説明する。まず図４に示すように、基板１０１上に、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法または分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法により、バッファ層１０２、第１クラッド層１０３、活性層１０４、第２クラッド層１０５、エッチング停止層１０６、第３クラッド層１０７、キャップ層１０８を順次積層する。
【０００５】
続いてキャップ層１０８の上に、スパッタ法により図示しないＳｉＯ2層を形成後、フォトリソグラフィー技術を用いてマスクを形成し、エッチングによりリッジ部１０９を形成する。このエッチングの工程では、選択性を有するエッチング液を用いて、第３クラッド層１０７のみを選択的に、エッチング停止層１０６までエッチングする。例えばＡｌ組成の高い層に対してエッチング速度が大きいフッ酸系のエッチング液を用いることにより、第３クラッド層１０７のみが選択的にエッチングされ、エッチング停止層１０６はほとんどエッチングされることなくエッチングを停止することができる。
【０００６】
さらにリッジ部１０９を挟むように、ブロック層１１０をＭＯＣＶＤ法でエッチング停止層１０６上に形成する。続いてＳｉＯ2マスクを除去し、ＭＯＣＶＤ法によりコンタクト層１１１を形成する。その後コンタクト層１１１上にｐオーミック電極１１２を、またｎ型ＧａＡｓ基板１０１の下方にｎオーミック電極１１３を形成して、図４に示した半導体レーザ装置を得る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来のレーザ装置およびその製造方法では、選択エッチングの工程において用いられるエッチング液は選択性が高く、第３クラッド層１０７に対するエッチング速度が、エッチング停止層１０６に対するエッチング速度に比べて１０倍から１００倍以上大きい。そのためエッチング停止層１０６はほとんどエッチングされることなく、エッチングが停止する。
【０００８】
しかしながら、この第３クラッド層１０７がエッチングされる過程で、反応生成物が形成され、エッチング停止層１０６の表面に堆積する。この反応生成物は、高いＡｌ組成の層をエッチングしたことに起因して生成されたＡｌ酸化物を主な成分とし、エッチング液に対して容易に溶解しない性質をもつ。この堆積した反応生成物は、ブロック層１１０の再成長をおこなう際にブロック層の結晶性を悪化させる要因となる。ブロック層１１０の結晶性が悪化すると、欠陥準位が導入され光の吸収や散乱損失が生じることによる、発振しきい電流の増大や効率の低下につながる。また結晶性が悪いことで信頼性の低下をまねくことになる。
【０００９】
特に、ブロック層１１０がレーザ発振光の波長に対して透明になるようにＡｌ組成の高い構造とした場合、Ａｌのマイグレーション長が短いため、堆積している反応生成物を原因とする結晶性の悪化が顕著となる。
【００１０】
以上はリッジ型ストライプのレーザについて述べたが、溝型ストライプのレーザについても、第３クラッド層の再成長の際に同様の問題が発生する。
【００１１】
本発明は上述の問題を解決するもので、再成長層の結晶性の悪化が防止された、特性の良いレーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、第１の基本構成によれば、結晶基板上に、第１クラッド層、活性層、第２クラッド層、エッチング停止層、および第３クラッド層を順次積層する工程と、前記第３クラッド層上にマスクを形成する工程と、前記第３クラッド層の一部をエッチングして除去する第１のエッチング工程と、前記第１のエッチング工程の後に前記エッチング停止層の表面をエッチングする第２のエッチング工程と、前記第２のエッチング工程の後に前記エッチング停止層上にブロック層を形成する工程とを備える。上記課題を解決するために、前記第３クラッド層はＡｌを含み、前記第３クラッド層のＡｌ組成は０．４より大きく、前記エッチング停止層のＡｌ組成は０．４よりも小さく、前記第１のエッチング工程は、前記第３クラッド層に対するエッチング速度が前記エッチング停止層に対するエッチング速度よりも大きい第１のエッチング液でエッチングし、前記第２のエッチング工程は、前記エッチング停止層のエッチング速度に対する、前記第３クラッド層のエッチング速度の割合が、前記第１のエッチング工程よりも小さいことを特徴とする。
【００１８】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、第２の基本構成によれば、結晶基板上に、第１クラッド層、活性層、第２クラッド層、エッチング停止層、およびブロック層を順次積層する工程と、前記ブロック層上にマスクを形成する工程と、前記ブロック層の一部をエッチングして除去する第１のエッチング工程と、前記第１のエッチング工程の後に前記エッチング停止層の表面をエッチングする第２のエッチング工程と、前記第２のエッチング工程の後に前記エッチング停止層上に第３クラッド層を形成する工程とを備える。上記課題を解決するために、前記ブロック層はＡｌを含み、前記ブロック層のＡｌ組成は０．４より大きく、前記エッチング停止層のＡｌ組成は０．４よりも小さく、前記第１のエッチング工程は、前記ブロック層に対するエッチング速度が前記エッチング停止層に対するエッチング速度よりも大きい第１のエッチング液でエッチングし、前記第２のエッチング工程は、前記エッチング停止層のエッチング速度に対する、前記ブロック層のエッチング速度の割合が、前記第１のエッチング工程よりも小さいことを特徴とする。
【００１９】
上記のいずれかの構成に基づく実施態様では、前記第１のエッチング液はフッ酸系のエッチング液であり、前記第３クラッド層及び前記エッチング停止層はＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体であり、前記第２のエッチング工程が硫酸系のエッチング液によって行われる。
【００２０】
また他の実施態様では、前記第１のエッチング液はフッ酸系のエッチング液であり、前記ブロック層及び前記エッチング停止層はＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体であり、前記第２のエッチング工程は硫酸系のエッチング液によって行われる。
また他の実施態様では、前記第２のエッチング工程がドライエッチングによって行われる。
【００２１】
上述のように構成された本発明の半導体レーザ装置によれば、表面が除去されたエッチング停止層の上に、ブロック層または第３クラッド層が再成長させられているので、それらの再成長層の結晶性は良好である。従って発振しきい電流の増大や効率の低下が抑制され、動作電流が小さく、信頼性の高いレーザを実現できる。
【００２２】
また上述のように構成された本発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、エッチング停止層で第１のエッチングが停止され、続く第２のエッチング工程でエッチング停止層の一部までがエッチングされる。そのため、エッチング停止層の上面でエッチングが停止されたときに、その表面に形成され堆積したエッチング液に溶解しない反応生成物が、第２のエッチングでエッチング停止層の表面がエッチングされるために、エッチング層の表面と一緒に取り除かれる。また、エッチング停止層はＡｌ組成がブロック層やクラッド層に比べて低いので、エッチング停止層がエッチングされる過程においては、Ａｌ酸化物を主な成分とする反応生成物の形成は抑制される。以上の結果、再成長層の結晶性の悪化を抑えることができるので、発振しきい電流の増大や効率の低下を抑制し、動作電流が小さく、信頼性の高いレーザが作製できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるリッジストライプ型半導体レーザの構造を示す断面図である。この構造について、製造方法の実施例とともに説明する。
【００２４】
ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法によってｎ型ＧａＡｓバッファ層２（厚さ０．５μｍ）、ｎ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第１クラッド層３（厚さ２μｍ）、ＧａＡｓ量子井戸層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓの障壁層とからなる量子井戸活性層４、ｐ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第２クラッド層５（厚さ０．１５μｍ）、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓエッチング停止層６（厚さ０．０１μｍ）、ｐ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第３クラッド層７（厚さ２μｍ）、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層８（厚さ０．１μｍ）を順次積層する。次にキャップ層８の上に図示しないＳｉＯ2層をスパッタ法によって形成し、さらにフォトリソグラフィーによってストライプ状にＳｉＯ2層を残したマスクを形成し、エッチング工程によりリッジ部９を形成する。
【００２５】
本実施例では、まず第１のエッチング工程を、第１のエッチング液として、フッ酸（５０％含有）とリン酸（８６％含有）と過酸化水素水が、それぞれ体積比で８００：２４００：１の混合液を用いて行う。この第１のエッチング液は、Ａｌ組成が０．４より大きいＡｌＧａＡｓはエッチングするものの、０．４より小さいＡｌＧａＡｓに対してはエッチング速度がほぼ０とみなせる選択エッチング液である。このエッチング液により第３クラッド層７がエッチングされ、エッチング停止層６の上面でエッチングは停止される。この第３クラッド層７がエッチングされる過程で、Ａｌ酸化物を主な成分とする反応生成物がエッチング停止層６の表面に堆積している。
【００２６】
次に第２のエッチング工程を、硫酸（９７％含有）と過酸化水素水と水が、体積比で２：１：１の割合で含まれる混合液（第２のエッチング液）を用いて行う。この硫酸系のエッチング液は、第３クラッド層７とエッチング停止層６に対するエッチング速度がほぼ等しい。この第２のエッチング工程において、エッチング停止層６の表面がエッチングされるため、その表面に堆積していた第１のエッチング工程による反応生成物が、エッチング停止層の表面と一緒に取り除かれる。またエッチング停止層６のＡｌ組成が０．２と小さいため、第２のエッチング工程では、反応生成物の堆積が抑制される。
【００２７】
エッチング工程に続いて、ＭＯＣＶＤにより、一対のｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓブロック層１０を、リッジ部９を挟むようにエッチング停止層６上に形成する。さらに前記ＳｉＯ2マスクを除去し、ＭＯＣＶＤ法でｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１（厚さ０．１μｍ）を形成する。その後コンタクト層１１上にｐオーミック電極１２を、またｎ型ＧａＡｓ基板１の下方にｎオーミック電極１３を形成する。
【００２８】
本実施例では、ブロック層１０のＡｌ組成を大きくして、ブロック層のバンドギャップエネルギーを発振波長のエネルギーよりも大きくすることで、ブロック層１０をレーザの発振波長に対して実質透明とし、動作電流の低減を図ることができる。さらに特にブロック層１０のＡｌ組成を第３クラッド層７のＡｌ組成よりも大きくすることにより、ブロック層の屈折率をクラッド層の屈折率よりも小さくし、安定した横モード発振が実現される。
【００２９】
エッチング停止層６の層厚を、本実施例では１０ｎｍとしたが、この層厚が厚すぎると垂直方向の光分布の非対称性が増大し、垂直拡がり角制御が困難となる。このためエッチング停止層６の層厚は、およそ１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００３０】
第２のエッチング工程では、反応生成物を除去するために十分なエッチングが行われる必要がある。そのためには、ブロック層１０下部のエッチング停止層６の層厚は、第３クラッド層７下部のエッチング停止層６の層厚よりも１ｎｍ以上薄くする必要がある。これにより、反応生成物を完全に除去することができる。また、ブロック層１０下部のエッチング停止層６の層厚が薄すぎる場合は、部分的にＡｌ組成の高い第２クラッド層５が露出することになるので、ブロック層１０を結晶性良く再成長することが困難になる。このためブロック層１０下部のエッチング停止層６の層厚は、１ｎｍより大とすることが望ましい。本実施例においては、ブロック層１０下部のエッチング停止層６の層厚は８ｎｍとした。
【００３１】
図２は、本実施例のレーザ装置と従来例のレーザの、Ｉ−Ｌ特性曲線を示す。従来例のレーザは、第３クラッド層７下部のエッチング停止層６の層厚とブロック層１０下部のエッチング停止層の層厚が等しい他は、本実施例と同じ構成を有するものである。従来例では２９ｍＡであった発振しきい電流が、本実施例においては２２ｍＡに低減されている。また微分効率も０．８から０．９４に改善されている。その結果、出力が９０ｍＷのとき、本実施例のレーザ装置の動作電流は、従来のレーザ装置の動作電流に比べて２３ｍＡ小さい値となっている。
【００３２】
本実施例では、エッチング停止層６が単一の層で構成されている場合について述べたが、エッチング停止層６が多層で構成されている場合でも同様の効果を得ることができる。
【００３３】
また、第１のエッチング液は、フッ酸と混合する液が、フッ化アンモニウム、硫酸、塩酸、酒石酸または酢酸であるフッ酸系のエッチング液あってもよい。また第２のエッチング工程がドライエッチング工程であっても同様の効果を得ることができる。
【００３４】
また本発明は、上記のようなＡｌＧａＡｓ系半導体を材料とするレーザに限らず、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＩｎＮ系半導体を材料とする半導体レーザについても同様に適用できる。
【００３５】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における溝状ストライプ型半導体レーザの構造を示す断面図である。この構造について、製造方法の実施例とともに説明する。
【００３６】
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法によってｎ型ＧａＡｓバッファ層２（厚さ０．５μｍ）、ｎ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第１クラッド層３（厚さ２μｍ）、ＧａＡｓ量子井戸層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓの障壁層とからなる量子井戸活性層４、ｐ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第２クラッド層５（厚さ０．１μｍ）、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓエッチング停止層６（厚さ０．０１μｍ）、およびｐ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓブロック層１０（厚さ０．８μｍ）を順次積層する。次にブロック層１０の上に、フォトリソグラフィーによってストライプ状に開口したフォトレジストによるマスクを形成し、エッチング工程により溝部１４を形成する。
【００３７】
本実施例では、まず第１のエッチング工程を、第１のエッチング液として、フッ酸（５０％含有）とリン酸（８６％含有）と過酸化水素水が、それぞれ体積比で８００：２４００：１の混合液を用いて行う。このエッチング液は、Ａｌ組成が０．４より大きいＡｌＧａＡｓはエッチングするものの、０．４より小さいＡｌＧａＡｓに対してはエッチング速度がほぼ０とみなせる選択エッチング液である。このエッチング液によりブロック層１０がエッチングされ、エッチング停止層６でエッチングは停止される。このときブロック層がエッチングされる過程で生成された、Ａｌ酸化物を主な成分とする反応生成物がエッチング停止層６の表面に堆積している。次に第２のエッチング工程として、硫酸（９７％含有）と過酸化水素水と水が、体積比で２：１：１の混合液をエッチング液とするエッチングをおこなう。この硫酸系のエッチング液は、ブロック層１０とエッチング停止層６に対するエッチング速度がほぼ等しい。この第２のエッチング工程において、エッチング停止層６の表面がエッチングされるため、その表面に堆積していた反応生成物が、エッチング停止層６の表面と一緒に取り除かれる。またエッチング停止層６のＡｌ組成が小さいため、第２のエッチング工程では、反応生成物の堆積が抑制される。
【００３８】
エッチング工程に続いて、マスクを除去し、ＭＯＣＶＤ法によってｎ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第３クラッド層７（厚さ２μｍ）を、溝部１４を埋め込むようにエッチング停止層６上およびブロック層１０上に形成し、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１（厚さ０．１μｍ）を形成する。その後コンタクト層１１上にｐオーミック電極１２を、またｎ型ＧａＡｓ基板１の下方にｎオーミック電極１３を形成する。
【００３９】
ブロック層１０のＡｌ組成を大きくして、ブロック層のバンドギャップエネルギーを発振波長のエネルギーよりも大きくすることで、ブロック層１０をレーザの発振波長に対して実質透明とし動作電流の低減を図ることができる。さらに特にブロック層１０のＡｌ組成をｐ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第３クラッド層７のＡｌ組成よりも大きくすることにより、ブロック層１０の屈折率をクラッド層の屈折率よりも小さくし、安定した横モード発振が実現される。
【００４０】
エッチング停止層６の層厚を、本実施例では１０ｎｍとしたが、この層厚が厚すぎると垂直方向の光分布の非対称性が増大し、垂直拡がり角制御が困難となる。このためエッチング停止層６の層厚は、およそ１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００４１】
第２のエッチング工程では、反応生成物を除去するために十分なエッチングが行われる必要がある。そのためには、第３クラッド層７下部のエッチング停止層６の層厚は、ブロック層１０下部のエッチング停止層６の層厚よりも１ｎｍ以上薄くする必要がある。これにより、反応生成物を完全に除去することができる。また、第３クラッド層７下部のエッチング停止層６の層厚が薄すぎる場合は、部分的にＡｌ組成の高い第２クラッド層５が露出することになるので、第３クラッド層７を結晶性良く再成長することが困難になる。このため第３クラッド層７下部のエッチング停止層６の層厚は、１ｎｍより大とすることが望ましい。本実施例においては、第３クラッド層７下部のエッチング停止層６の層厚は、９ｎｍとした。
【００４２】
本実施例のレーザと、第３クラッド層７下部のエッチング停止層６の層厚とブロック層１０下部のエッチング停止層６の層厚が等しい他は、本実施例のレーザと同じ構成である従来のレーザについて、Ｉ−Ｌ特性を比較すると、本実施例のレーザでは、発振しきい電流の低減と微分効率の向上が確認された。出力が９０ｍＷのとき、本実施例のレーザ装置の動作電流は、従来のレーザ装置の動作電流に比べて１７ｍＡ小さい値となっている。
【００４３】
本実施例では、エッチング停止層が単一の層で構成されている場合について述べたが、エッチング停止層が多層で構成されている場合でも同様の効果を得ることができる。
【００４４】
また、第１のエッチング液は、フッ酸と混合する液が、フッ化アンモニウム、硫酸、塩酸、酒石酸または酢酸であるフッ酸系のエッチング液であってもよい。また第２のエッチング工程がドライエッチング工程であっても同様の効果を得ることができる
また本発明は、ＡｌＧａＡｓ系半導体を材料とするレーザに限らず、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＩｎＮ系半導体を材料とする半導体レーザについても同様に適用できる。
【００４５】
【発明の効果】
【００４６】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、エッチング工程において、エッチング停止層の一部までをエッチングすることによって、エッチング過程で反応生成される堆積物を除去でき、エッチング停止層上の再成長層を結晶性よく形成することができる。このため、発振しきい電流が小さく、効率のよい、動作電流の小さな、信頼性の高い半導体レーザ装置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装置の断面構造図である。
【図２】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装置と従来の半導体レーザ装置のＩ−Ｌ特性曲線を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２における半導体レーザ装置の断面構造図である。
【図４】従来の半導体レーザ装置の断面構造図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ バッファ層
３ 第１クラッド層
４ 活性層
５ 第２クラッド層
６ エッチング停止層
７ 第３クラッド層
８ キャップ層
９ リッジ部
１０ ブロック層
１１ コンタクト層
１２ ｐオーミック電極
１３ ｎオーミック電極
１４ 溝部
１０１ 基板
１０２ バッファ層
１０３ 第１クラッド層
１０４ 活性層
１０５ 第２クラッド層
１０６ エッチング停止層
１０７ 第３クラッド層
１０８ キャップ層
１０９ リッジ部
１１０ ブロック層
１１１ コンタクト層
１１２ ｐオーミック電極
１１３ ｎオーミック電極
【産業上の利用分野】
本発明は、光情報処理などに光源として用いることができる半導体レーザ装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光情報処理の分野で用いられる半導体レーザ装置では、電流狭窄と光閉じ込めのためのブロック層を有した、リッジ型もしくは溝型のストライプ構造のレーザが主流となっている。従来のリッジストライプ型ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置について、図４の断面構造図を参照して説明する。
【０００３】
ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第１クラッド層１０３、ＡｌＧａＡｓ量子井戸活性層１０４、ｐ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第２クラッド層１０５、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓエッチング停止層１０６が順次積層されている。エッチング停止層１０６の上には、ｐ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第３クラッド層１０７、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０８が積層され、リッジ部１０９を残して、選択エッチングによりエッチング停止層１０６の上面までエッチングされている。さらに、一対のｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓブロック層１１０がリッジ部１０９を挟むようにエッチング停止層１０６上に形成されている。また、リッジ部１０９および一対のブロック層１１０の上部にはｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１が形成されている。コンタクト層１１１上にはｐオーミック電極１１２が、また基板１０１の下方にはｎオーミック電極１１３が形成されている。
【０００４】
上述の従来の半導体レーザ装置を製造する方法について説明する。まず図４に示すように、基板１０１上に、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法または分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法により、バッファ層１０２、第１クラッド層１０３、活性層１０４、第２クラッド層１０５、エッチング停止層１０６、第３クラッド層１０７、キャップ層１０８を順次積層する。
【０００５】
続いてキャップ層１０８の上に、スパッタ法により図示しないＳｉＯ2層を形成後、フォトリソグラフィー技術を用いてマスクを形成し、エッチングによりリッジ部１０９を形成する。このエッチングの工程では、選択性を有するエッチング液を用いて、第３クラッド層１０７のみを選択的に、エッチング停止層１０６までエッチングする。例えばＡｌ組成の高い層に対してエッチング速度が大きいフッ酸系のエッチング液を用いることにより、第３クラッド層１０７のみが選択的にエッチングされ、エッチング停止層１０６はほとんどエッチングされることなくエッチングを停止することができる。
【０００６】
さらにリッジ部１０９を挟むように、ブロック層１１０をＭＯＣＶＤ法でエッチング停止層１０６上に形成する。続いてＳｉＯ2マスクを除去し、ＭＯＣＶＤ法によりコンタクト層１１１を形成する。その後コンタクト層１１１上にｐオーミック電極１１２を、またｎ型ＧａＡｓ基板１０１の下方にｎオーミック電極１１３を形成して、図４に示した半導体レーザ装置を得る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来のレーザ装置およびその製造方法では、選択エッチングの工程において用いられるエッチング液は選択性が高く、第３クラッド層１０７に対するエッチング速度が、エッチング停止層１０６に対するエッチング速度に比べて１０倍から１００倍以上大きい。そのためエッチング停止層１０６はほとんどエッチングされることなく、エッチングが停止する。
【０００８】
しかしながら、この第３クラッド層１０７がエッチングされる過程で、反応生成物が形成され、エッチング停止層１０６の表面に堆積する。この反応生成物は、高いＡｌ組成の層をエッチングしたことに起因して生成されたＡｌ酸化物を主な成分とし、エッチング液に対して容易に溶解しない性質をもつ。この堆積した反応生成物は、ブロック層１１０の再成長をおこなう際にブロック層の結晶性を悪化させる要因となる。ブロック層１１０の結晶性が悪化すると、欠陥準位が導入され光の吸収や散乱損失が生じることによる、発振しきい電流の増大や効率の低下につながる。また結晶性が悪いことで信頼性の低下をまねくことになる。
【０００９】
特に、ブロック層１１０がレーザ発振光の波長に対して透明になるようにＡｌ組成の高い構造とした場合、Ａｌのマイグレーション長が短いため、堆積している反応生成物を原因とする結晶性の悪化が顕著となる。
【００１０】
以上はリッジ型ストライプのレーザについて述べたが、溝型ストライプのレーザについても、第３クラッド層の再成長の際に同様の問題が発生する。
【００１１】
本発明は上述の問題を解決するもので、再成長層の結晶性の悪化が防止された、特性の良いレーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、第１の基本構成によれば、結晶基板上に、第１クラッド層、活性層、第２クラッド層、エッチング停止層、および第３クラッド層を順次積層する工程と、前記第３クラッド層上にマスクを形成する工程と、前記第３クラッド層の一部をエッチングして除去する第１のエッチング工程と、前記第１のエッチング工程の後に前記エッチング停止層の表面をエッチングする第２のエッチング工程と、前記第２のエッチング工程の後に前記エッチング停止層上にブロック層を形成する工程とを備える。上記課題を解決するために、前記第３クラッド層はＡｌを含み、前記第３クラッド層のＡｌ組成は０．４より大きく、前記エッチング停止層のＡｌ組成は０．４よりも小さく、前記第１のエッチング工程は、前記第３クラッド層に対するエッチング速度が前記エッチング停止層に対するエッチング速度よりも大きい第１のエッチング液でエッチングし、前記第２のエッチング工程は、前記エッチング停止層のエッチング速度に対する、前記第３クラッド層のエッチング速度の割合が、前記第１のエッチング工程よりも小さいことを特徴とする。
【００１８】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、第２の基本構成によれば、結晶基板上に、第１クラッド層、活性層、第２クラッド層、エッチング停止層、およびブロック層を順次積層する工程と、前記ブロック層上にマスクを形成する工程と、前記ブロック層の一部をエッチングして除去する第１のエッチング工程と、前記第１のエッチング工程の後に前記エッチング停止層の表面をエッチングする第２のエッチング工程と、前記第２のエッチング工程の後に前記エッチング停止層上に第３クラッド層を形成する工程とを備える。上記課題を解決するために、前記ブロック層はＡｌを含み、前記ブロック層のＡｌ組成は０．４より大きく、前記エッチング停止層のＡｌ組成は０．４よりも小さく、前記第１のエッチング工程は、前記ブロック層に対するエッチング速度が前記エッチング停止層に対するエッチング速度よりも大きい第１のエッチング液でエッチングし、前記第２のエッチング工程は、前記エッチング停止層のエッチング速度に対する、前記ブロック層のエッチング速度の割合が、前記第１のエッチング工程よりも小さいことを特徴とする。
【００１９】
上記のいずれかの構成に基づく実施態様では、前記第１のエッチング液はフッ酸系のエッチング液であり、前記第３クラッド層及び前記エッチング停止層はＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体であり、前記第２のエッチング工程が硫酸系のエッチング液によって行われる。
【００２０】
また他の実施態様では、前記第１のエッチング液はフッ酸系のエッチング液であり、前記ブロック層及び前記エッチング停止層はＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体であり、前記第２のエッチング工程は硫酸系のエッチング液によって行われる。
また他の実施態様では、前記第２のエッチング工程がドライエッチングによって行われる。
【００２１】
上述のように構成された本発明の半導体レーザ装置によれば、表面が除去されたエッチング停止層の上に、ブロック層または第３クラッド層が再成長させられているので、それらの再成長層の結晶性は良好である。従って発振しきい電流の増大や効率の低下が抑制され、動作電流が小さく、信頼性の高いレーザを実現できる。
【００２２】
また上述のように構成された本発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、エッチング停止層で第１のエッチングが停止され、続く第２のエッチング工程でエッチング停止層の一部までがエッチングされる。そのため、エッチング停止層の上面でエッチングが停止されたときに、その表面に形成され堆積したエッチング液に溶解しない反応生成物が、第２のエッチングでエッチング停止層の表面がエッチングされるために、エッチング層の表面と一緒に取り除かれる。また、エッチング停止層はＡｌ組成がブロック層やクラッド層に比べて低いので、エッチング停止層がエッチングされる過程においては、Ａｌ酸化物を主な成分とする反応生成物の形成は抑制される。以上の結果、再成長層の結晶性の悪化を抑えることができるので、発振しきい電流の増大や効率の低下を抑制し、動作電流が小さく、信頼性の高いレーザが作製できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるリッジストライプ型半導体レーザの構造を示す断面図である。この構造について、製造方法の実施例とともに説明する。
【００２４】
ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法によってｎ型ＧａＡｓバッファ層２（厚さ０．５μｍ）、ｎ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第１クラッド層３（厚さ２μｍ）、ＧａＡｓ量子井戸層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓの障壁層とからなる量子井戸活性層４、ｐ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第２クラッド層５（厚さ０．１５μｍ）、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓエッチング停止層６（厚さ０．０１μｍ）、ｐ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第３クラッド層７（厚さ２μｍ）、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層８（厚さ０．１μｍ）を順次積層する。次にキャップ層８の上に図示しないＳｉＯ2層をスパッタ法によって形成し、さらにフォトリソグラフィーによってストライプ状にＳｉＯ2層を残したマスクを形成し、エッチング工程によりリッジ部９を形成する。
【００２５】
本実施例では、まず第１のエッチング工程を、第１のエッチング液として、フッ酸（５０％含有）とリン酸（８６％含有）と過酸化水素水が、それぞれ体積比で８００：２４００：１の混合液を用いて行う。この第１のエッチング液は、Ａｌ組成が０．４より大きいＡｌＧａＡｓはエッチングするものの、０．４より小さいＡｌＧａＡｓに対してはエッチング速度がほぼ０とみなせる選択エッチング液である。このエッチング液により第３クラッド層７がエッチングされ、エッチング停止層６の上面でエッチングは停止される。この第３クラッド層７がエッチングされる過程で、Ａｌ酸化物を主な成分とする反応生成物がエッチング停止層６の表面に堆積している。
【００２６】
次に第２のエッチング工程を、硫酸（９７％含有）と過酸化水素水と水が、体積比で２：１：１の割合で含まれる混合液（第２のエッチング液）を用いて行う。この硫酸系のエッチング液は、第３クラッド層７とエッチング停止層６に対するエッチング速度がほぼ等しい。この第２のエッチング工程において、エッチング停止層６の表面がエッチングされるため、その表面に堆積していた第１のエッチング工程による反応生成物が、エッチング停止層の表面と一緒に取り除かれる。またエッチング停止層６のＡｌ組成が０．２と小さいため、第２のエッチング工程では、反応生成物の堆積が抑制される。
【００２７】
エッチング工程に続いて、ＭＯＣＶＤにより、一対のｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓブロック層１０を、リッジ部９を挟むようにエッチング停止層６上に形成する。さらに前記ＳｉＯ2マスクを除去し、ＭＯＣＶＤ法でｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１（厚さ０．１μｍ）を形成する。その後コンタクト層１１上にｐオーミック電極１２を、またｎ型ＧａＡｓ基板１の下方にｎオーミック電極１３を形成する。
【００２８】
本実施例では、ブロック層１０のＡｌ組成を大きくして、ブロック層のバンドギャップエネルギーを発振波長のエネルギーよりも大きくすることで、ブロック層１０をレーザの発振波長に対して実質透明とし、動作電流の低減を図ることができる。さらに特にブロック層１０のＡｌ組成を第３クラッド層７のＡｌ組成よりも大きくすることにより、ブロック層の屈折率をクラッド層の屈折率よりも小さくし、安定した横モード発振が実現される。
【００２９】
エッチング停止層６の層厚を、本実施例では１０ｎｍとしたが、この層厚が厚すぎると垂直方向の光分布の非対称性が増大し、垂直拡がり角制御が困難となる。このためエッチング停止層６の層厚は、およそ１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００３０】
第２のエッチング工程では、反応生成物を除去するために十分なエッチングが行われる必要がある。そのためには、ブロック層１０下部のエッチング停止層６の層厚は、第３クラッド層７下部のエッチング停止層６の層厚よりも１ｎｍ以上薄くする必要がある。これにより、反応生成物を完全に除去することができる。また、ブロック層１０下部のエッチング停止層６の層厚が薄すぎる場合は、部分的にＡｌ組成の高い第２クラッド層５が露出することになるので、ブロック層１０を結晶性良く再成長することが困難になる。このためブロック層１０下部のエッチング停止層６の層厚は、１ｎｍより大とすることが望ましい。本実施例においては、ブロック層１０下部のエッチング停止層６の層厚は８ｎｍとした。
【００３１】
図２は、本実施例のレーザ装置と従来例のレーザの、Ｉ−Ｌ特性曲線を示す。従来例のレーザは、第３クラッド層７下部のエッチング停止層６の層厚とブロック層１０下部のエッチング停止層の層厚が等しい他は、本実施例と同じ構成を有するものである。従来例では２９ｍＡであった発振しきい電流が、本実施例においては２２ｍＡに低減されている。また微分効率も０．８から０．９４に改善されている。その結果、出力が９０ｍＷのとき、本実施例のレーザ装置の動作電流は、従来のレーザ装置の動作電流に比べて２３ｍＡ小さい値となっている。
【００３２】
本実施例では、エッチング停止層６が単一の層で構成されている場合について述べたが、エッチング停止層６が多層で構成されている場合でも同様の効果を得ることができる。
【００３３】
また、第１のエッチング液は、フッ酸と混合する液が、フッ化アンモニウム、硫酸、塩酸、酒石酸または酢酸であるフッ酸系のエッチング液あってもよい。また第２のエッチング工程がドライエッチング工程であっても同様の効果を得ることができる。
【００３４】
また本発明は、上記のようなＡｌＧａＡｓ系半導体を材料とするレーザに限らず、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＩｎＮ系半導体を材料とする半導体レーザについても同様に適用できる。
【００３５】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における溝状ストライプ型半導体レーザの構造を示す断面図である。この構造について、製造方法の実施例とともに説明する。
【００３６】
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法によってｎ型ＧａＡｓバッファ層２（厚さ０．５μｍ）、ｎ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第１クラッド層３（厚さ２μｍ）、ＧａＡｓ量子井戸層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓの障壁層とからなる量子井戸活性層４、ｐ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第２クラッド層５（厚さ０．１μｍ）、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓエッチング停止層６（厚さ０．０１μｍ）、およびｐ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓブロック層１０（厚さ０．８μｍ）を順次積層する。次にブロック層１０の上に、フォトリソグラフィーによってストライプ状に開口したフォトレジストによるマスクを形成し、エッチング工程により溝部１４を形成する。
【００３７】
本実施例では、まず第１のエッチング工程を、第１のエッチング液として、フッ酸（５０％含有）とリン酸（８６％含有）と過酸化水素水が、それぞれ体積比で８００：２４００：１の混合液を用いて行う。このエッチング液は、Ａｌ組成が０．４より大きいＡｌＧａＡｓはエッチングするものの、０．４より小さいＡｌＧａＡｓに対してはエッチング速度がほぼ０とみなせる選択エッチング液である。このエッチング液によりブロック層１０がエッチングされ、エッチング停止層６でエッチングは停止される。このときブロック層がエッチングされる過程で生成された、Ａｌ酸化物を主な成分とする反応生成物がエッチング停止層６の表面に堆積している。次に第２のエッチング工程として、硫酸（９７％含有）と過酸化水素水と水が、体積比で２：１：１の混合液をエッチング液とするエッチングをおこなう。この硫酸系のエッチング液は、ブロック層１０とエッチング停止層６に対するエッチング速度がほぼ等しい。この第２のエッチング工程において、エッチング停止層６の表面がエッチングされるため、その表面に堆積していた反応生成物が、エッチング停止層６の表面と一緒に取り除かれる。またエッチング停止層６のＡｌ組成が小さいため、第２のエッチング工程では、反応生成物の堆積が抑制される。
【００３８】
エッチング工程に続いて、マスクを除去し、ＭＯＣＶＤ法によってｎ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第３クラッド層７（厚さ２μｍ）を、溝部１４を埋め込むようにエッチング停止層６上およびブロック層１０上に形成し、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１（厚さ０．１μｍ）を形成する。その後コンタクト層１１上にｐオーミック電極１２を、またｎ型ＧａＡｓ基板１の下方にｎオーミック電極１３を形成する。
【００３９】
ブロック層１０のＡｌ組成を大きくして、ブロック層のバンドギャップエネルギーを発振波長のエネルギーよりも大きくすることで、ブロック層１０をレーザの発振波長に対して実質透明とし動作電流の低減を図ることができる。さらに特にブロック層１０のＡｌ組成をｐ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第３クラッド層７のＡｌ組成よりも大きくすることにより、ブロック層１０の屈折率をクラッド層の屈折率よりも小さくし、安定した横モード発振が実現される。
【００４０】
エッチング停止層６の層厚を、本実施例では１０ｎｍとしたが、この層厚が厚すぎると垂直方向の光分布の非対称性が増大し、垂直拡がり角制御が困難となる。このためエッチング停止層６の層厚は、およそ１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００４１】
第２のエッチング工程では、反応生成物を除去するために十分なエッチングが行われる必要がある。そのためには、第３クラッド層７下部のエッチング停止層６の層厚は、ブロック層１０下部のエッチング停止層６の層厚よりも１ｎｍ以上薄くする必要がある。これにより、反応生成物を完全に除去することができる。また、第３クラッド層７下部のエッチング停止層６の層厚が薄すぎる場合は、部分的にＡｌ組成の高い第２クラッド層５が露出することになるので、第３クラッド層７を結晶性良く再成長することが困難になる。このため第３クラッド層７下部のエッチング停止層６の層厚は、１ｎｍより大とすることが望ましい。本実施例においては、第３クラッド層７下部のエッチング停止層６の層厚は、９ｎｍとした。
【００４２】
本実施例のレーザと、第３クラッド層７下部のエッチング停止層６の層厚とブロック層１０下部のエッチング停止層６の層厚が等しい他は、本実施例のレーザと同じ構成である従来のレーザについて、Ｉ−Ｌ特性を比較すると、本実施例のレーザでは、発振しきい電流の低減と微分効率の向上が確認された。出力が９０ｍＷのとき、本実施例のレーザ装置の動作電流は、従来のレーザ装置の動作電流に比べて１７ｍＡ小さい値となっている。
【００４３】
本実施例では、エッチング停止層が単一の層で構成されている場合について述べたが、エッチング停止層が多層で構成されている場合でも同様の効果を得ることができる。
【００４４】
また、第１のエッチング液は、フッ酸と混合する液が、フッ化アンモニウム、硫酸、塩酸、酒石酸または酢酸であるフッ酸系のエッチング液であってもよい。また第２のエッチング工程がドライエッチング工程であっても同様の効果を得ることができる
また本発明は、ＡｌＧａＡｓ系半導体を材料とするレーザに限らず、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＩｎＮ系半導体を材料とする半導体レーザについても同様に適用できる。
【００４５】
【発明の効果】
【００４６】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、エッチング工程において、エッチング停止層の一部までをエッチングすることによって、エッチング過程で反応生成される堆積物を除去でき、エッチング停止層上の再成長層を結晶性よく形成することができる。このため、発振しきい電流が小さく、効率のよい、動作電流の小さな、信頼性の高い半導体レーザ装置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装置の断面構造図である。
【図２】本発明の実施の形態１における半導体レーザ装置と従来の半導体レーザ装置のＩ−Ｌ特性曲線を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２における半導体レーザ装置の断面構造図である。
【図４】従来の半導体レーザ装置の断面構造図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ バッファ層
３ 第１クラッド層
４ 活性層
５ 第２クラッド層
６ エッチング停止層
７ 第３クラッド層
８ キャップ層
９ リッジ部
１０ ブロック層
１１ コンタクト層
１２ ｐオーミック電極
１３ ｎオーミック電極
１４ 溝部
１０１ 基板
１０２ バッファ層
１０３ 第１クラッド層
１０４ 活性層
１０５ 第２クラッド層
１０６ エッチング停止層
１０７ 第３クラッド層
１０８ キャップ層
１０９ リッジ部
１１０ ブロック層
１１１ コンタクト層
１１２ ｐオーミック電極
１１３ ｎオーミック電極
Claims (5)
- 結晶基板上に、第１クラッド層、活性層、第２クラッド層、エッチング停止層、および第３クラッド層を順次積層する工程と、
前記第３クラッド層上にマスクを形成する工程と、
前記第３クラッド層の一部をエッチングして除去する第１のエッチング工程と、
前記第１のエッチング工程の後に前記エッチング停止層の表面をエッチングする第２のエッチング工程と、
前記第２のエッチング工程の後に前記エッチング停止層上にブロック層を形成する工程とを備える半導体レーザ装置の製造方法であって、
前記第３クラッド層はＡｌを含み、
前記第３クラッド層のＡｌ組成は０．４より大きく、
前記エッチング停止層のＡｌ組成は０．４よりも小さく、
前記第１のエッチング工程は、前記第３クラッド層に対するエッチング速度が前記エッチング停止層に対するエッチング速度よりも大きい第１のエッチング液でエッチングし、
前記第２のエッチング工程は、前記エッチング停止層のエッチング速度に対する、前記第３クラッド層のエッチング速度の割合が、前記第１のエッチング工程よりも小さいことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 - 結晶基板上に、第１クラッド層、活性層、第２クラッド層、エッチング停止層、およびブロック層を順次積層する工程と、
前記ブロック層上にマスクを形成する工程と、
前記ブロック層の一部をエッチングして除去する第１のエッチング工程と、
前記第１のエッチング工程の後に前記エッチング停止層の表面をエッチングする第２のエッチング工程と、
前記第２のエッチング工程の後に前記エッチング停止層上に第３クラッド層を形成する工程とを備える半導体レーザ装置の製造方法であって、
前記ブロック層はＡｌを含み、
前記ブロック層のＡｌ組成は０．４より大きく、
前記エッチング停止層のＡｌ組成は０．４よりも小さく、
前記第１のエッチング工程は、前記ブロック層に対するエッチング速度が前記エッチング停止層に対するエッチング速度よりも大きい第１のエッチング液でエッチングし、
前記第２のエッチング工程は、前記エッチング停止層のエッチング速度に対する、前記ブロック層のエッチング速度の割合が、前記第１のエッチング工程よりも小さいことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 - 前記第１のエッチング液はフッ酸系のエッチング液であり、
前記第３クラッド層及び前記エッチング停止層はＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体であり、
前記第２のエッチング工程が硫酸系のエッチング液によって行われる請求項１記載の半導体レーザ装置の製造方法。 - 前記第１のエッチング液はフッ酸系のエッチング液であり、
前記ブロック層及び前記エッチング停止層はＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体であり、
前記第２のエッチング工程は硫酸系のエッチング液によって行われる請求項２記載の半導体レーザ装置の製造方法。 - 前記第２のエッチング工程がドライエッチングによって行われる請求項１または請求項２記載の半導体レーザ装置の製造方法。
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